新能源汽车发展已经到了深水区,整车智能化的节奏也在加快,基于中央计划的域控架构正在快速推进,所以对于车载半导体的需求正在向顶峰发展。
中国新能源汽车的发展,为海内的企业都提供了前所未有的机会,根据 IHS 的预计,2030 年全球新能源汽车普及率会达到 50%,甚至有更多半导体和车企高管认为这个数据相对保守,可能会超过这个数字。
而中国新能源汽车的普及曲线已经远超过全球曲线,所以这不仅是一个商业机会,也是打造一个基础产业的事。
虽然新能源汽车正在快速增长,但这个市场短期内充满了不确定性,但在中长期所有人都对这个市场的潜力没有质疑。
充电基础设施除了整车的销售量增长之外,设施的增长会非常快,而且移动储能、分散式储能也会非常快地增加。
在这样一个变化中,汽车的供应链和价值链会出现非常强的转型。
以前,新能源车的平台造车是几十万辆车的量级,未来很多的车厂都会面临百万级量级新能源车的平台,平台的质量体系、供货体系,全球支持体系、商务体系都会产生非常重要的变化。
所以,无论是从造车的方式、想法、迭代的速度,甚至包括企业管理的模式都会发生颠覆性的变化。
2018 年之后整个汽车市场被「缺芯」笼罩,比较有意思的是,半导体行业的产能一直在提升,但是 2018 年全球车企产量接近 1 亿辆,而到了 2020 年掉到了 8000 万辆以下。
最重要的原因是:汽车电子及汽车工程的腾飞。
当车从 L2 到 L4 时,电子需求量要增长一倍,当把车从燃油车升级到电池车,电子需求量也会增长一倍,当把车辆所有的功能全部信息化、新能源化,电子需求量会增加 3 - 4 倍。
所以,不是芯片总量少了,是每一辆车中放的芯片的数量几何级数的增长,原有产能覆盖不了需求。
供应链体系必须要适应新的模式,光靠推动产能并不能解决用户问题,恩智浦全球副总裁、新能源及驱动系统产品线总经理李晓鹤说:
恩智浦是全球为数不多的可以把客户的每一个电控单元,都能以整体系统思维的方式呈现给客户并和客户互动。
我们产品线下面有 MCU 微处理器、模拟前端、栅极驱动器、安全电源管理以及车载网络、传感器等。
我们与客户一起把这些产品有机地结合在一起,无论是在产品研发、创新、供货、支持保障、技术支持上给客户一个整体的体验。
在这个过程中,新能源车企对半导体的需求会遇到几个挑战:
在这些难点上,李晓鹤表示,通过简化部件成本,优化装配流程,可以降低成本,但这是一个系统工程,比如,想要提升续航,传统的理解就是加电池容量,但一度电的成本要达到 1000 万左右,所以不是把电池做得越来越好,而是可以通过电驱 800V 碳化硅的使用 ,提升电驱能效来提升续航。
而在打造百万级产能的平台过程中,汽车的质量、供应、全球的服务体系和在工业界的标准化就会显得尤为重要。
如果想帮助车企实现这样一种价值主张,对供货商的要求就不只是造一颗芯片这么简单,需要有四项基本功的要求:
有好的半导体产品,这是基本要求; 有非常强的功能安全,不只是芯片,而是涉及整个系统级功能安全; 有系统级的解决方案,能把处理器、模拟、传感器等连接在一起; 有强大的汽车运营、供货和质量管理能力。
从这个角度看,恩智浦正是能把这四项技能做得完善的领先企业之一。
在新的产业合作形式下,零部件供应商之间也是大融合,从传统的各自独立向车企供应,开始转向三方合作的模式中,
在电池创新中,恩智浦和主机厂、电池厂一起来打造创新的金三角。
李晓鹤表示,恩智浦的模拟前端目前为止累计出货量已经超过了 1 亿片,在全球排名前 20的新能源车企中有 10 家采用了恩智浦的方案。
上面李晓鹤讲到了恩智浦的「系统思维」,这就带来了一个问题:恩智浦如何把整体系统解决方案融合到车企的创新中?
李晓鹤表示:
电池系统的定义不能孤立在车身之外,它的演进其实是软件和数据的演进,软件数据的演进则取决于整车的电子电气架构。
未来,当超算越来越普及的时候,连接单元也越来越发达,因为它要和云能产生连接。
域控制器的软件会向上集成,即在电池包里的软件会越来越少,而大部分的软件与处理能力会进入域控制器甚至超算单元中,并进行合理分层。
也就是在分层中,恩智浦和主机厂一起通过打造更强的电池管理芯片,从而帮助客户降低电池包里的软件量,适应整体电气架构的迁徙过程。在不同的节点上,无论是在云连接、在域控制器的软件向上集成,还是在电池包的智能化、集成化方面,恩智浦都做了相应的工作。
因此,在 2022 年 10 月 27 日恩智浦半导体,也宣布了将分别与蔚来、小鹏汽车在电气化领域深化合作,以系统级解决方案深度合作。
Q:一,我们发现芯片公司和汽车产业链的结合与之前有所不同,可能不是再通过 Tier 1 与车厂结合,那么请问从芯片公司的角度来讲,您是怎样看待这一趋势的?二,请问恩智浦在 V2X 上是如何进行布局的?
李晓鹤:如今,汽车产业链处于一个变化融合的环境当中,而我们目前在产业中几乎与所有客户都保持着非常良好的互动。
谈到在新能源产业,我们所看到的产业发展趋势是:从整车厂角度出发,汽车行业的产业链变得越来越短。
以前 Tier 2、Tier1、车厂这种线性的方式,现在很多的新能源汽车企业都已经采用了直接自研、垂直整合的形式,甚至部分新能源车企会将电池甚至电芯制造也包括在其整体的供货体系下,电池厂商也经常会自己负责电池管理系统。
汽车的产业链在变短,与此同时,研发周期从原来的 4 年变成了 2 年,因此整个链路的响应速度变得更加迅速,进而越来越多的车厂采用直接和电池厂或芯片厂商一起协同的方式来合作。
用这种合作方式既能简化设计,又能加快设计的速度,在我们看来,这是一种很有效的研发方式。
当然,当前还有不少的整车厂根据自己本身的市场定位、研发流程以及整车厂自主研发的实力和投资等因素,依旧选择通过电池厂加上 Tier1 的形式在合作。
因此到最后呈现出来的应该会是一种百花齐放、各个链条并存的状态,且这种状态将是长期共存的。
周翔:我们可以看到在自动驾驶车路协同上,V2X 依旧起到非常重要的作用。
恩智浦在适应不同的标准、不同的区域以及本地化方面有着很强的优势。
在 V2X 方面我们会提供包括 MCU、接口、电源在内的一些解决方案。
Q:在车端的电子电气架构,从域控制到域融合再到现在的板间的中央集成,以及在像底盘这种系统性的改变上,恩智浦都已经有量产的产品了,能否结合恩智浦的产品为我们做介绍,以及想了解未来的发展方向?
周翔:从整车的电子电气架构来看,恩智浦的相关产品主要围绕着 S32 这个系列。
S32 是恩智浦基于 Arm 的内核打造的一整套 MCU 平台,现在恩智浦量产的,不论是 G2 还是 G3,是针对汽车网关的 SoC;另外,今年 7 月份发布的 S32Z 和 S32E 是专门针对实时处理和动力域控系统的,里面主要是 8 个 R 核的 SoC;还有今天早上提到的 S32N,采用 5 纳米的技术,这是我们未来的产品演化系列。
我还想再多提两个:
可以看到恩智浦的 MCU 是拥有非常完整的产品组合,是针对从小节点到域控到中央网关和到未来的中央计算或者说自动驾驶这样整套的产品系列。
与之配套的是我们的电源管理 IC PMIC、以太网以及 CAN、LIN,我们将其做成了一整个系统。
未来,汽车电子电气架构在演进,车厂都有各自的需求,迭代路线也不同,恩智浦可以提供针对性的本地化支持。用百花齐放来形容现在的状况是非常恰当的。
李晓鹤:在全球新能源车市场中,中国市场几乎占据了一半的比例。
恩智浦希望尽可能地增强和中国客户的互动。为此,我们在中国设有相当大的应用工程和产品团队,这包括系统验证、产品测试等。
恩智浦坚持长期深耕中国市场,并坚持做好本地化服务,尤其是目前新能源车的头部客户在国内,恩智浦已经在中国建立起完善的本土系统团队与客户直接进行对接。
不仅如此,我们也坚持与本土车厂共同定义需求,共同开发新产品。
对恩智浦而言,最重要的一定是能够通过我们的领先产品和本土服务帮助中国的客户创造价值,并实现电气化时代的可持续发展,我们一同共赢未来。
Q:半导体是需要长周期设计的,车厂也面临着同样的问题,像您早上谈及的从 4年到 2 年的变化周期,我们要怎样去适应这种较快的迭代方式呢?
包括您刚刚提到的:目前恩智浦在前端与客户去定义产品的深入程度是怎么样的呢?我们原来更多的是以「交钥匙」这种方式去合作,现在要如何进一步去共同定义更具体的操作方式呢?
李晓鹤:以前在一个平台要用大概 4 年时间来做开发,如果要用一个「V 形状」的开发周期图像讲,2 年芯片的开发时间是可以适应到该平台的开发状态中的。
但是问题是,当汽车的平台变成 2 年开发后,如果仍旧用客户传统的提要求的方式去做,那肯定是来不及的。因为从开发的流程上来讲,为了保证汽车的质量,有一些时间是必须的,比如说质量测试的时间,可靠性测试的时间等。
所以最重要的一点是:一定要增强和最终客户的互动,不能等他们直接提要求。
这也就是为什么我们要和整车厂以及电池厂去交流,因为我们最终要明白电子电气的需求是从哪里来的,换而言之就是我们最后需要为客户解决什么问题。
概括地讲,就是我们要增强和车厂、电池制造商的互动。
第二点是要有长期的路途规划。
我们内部有 10 年期、5 年期的规划,并且我们的规划不只是对产品的规划,而是对系统创新的规划,我们需要能有自己的看法。
举个例子,我们需要预想在 10 年的范围内,这个系统会出现哪些创新的变化;在这些创新下,再一步步推导成系统创新的变化,变成产品创新的变化,再变成IP创新,从而将整个链条连在一起。
如此一来,我们就不需要等到客户提出要求,而是在此之前就能基本预测到客户在之后的几年内将会提出什么样的要求。做到以上谈到的这些点,我们才可能以半导体研发的周期去适应现在市场的变化。
周翔:我对此稍做一点补充。我们所谈到的MCU、Arm的内核,实际在底层有非常多的复用,它是基于一个基础内核再迭代后面的产品。所以这也是我们从另一个角度去保证加速,让我们产品的迭代周期变得更快,进而我们可以很快地响应部分车厂提出的要求,甚至是共同定义或者去帮助他们定制一些产品。
Q:现在 SiC 还是很贵,包括很多的车企采用前异步与后永磁来做两个 IGBT 跟 SiC 的搭配,其实目的除了我们所说的续航以外还是要降低成本。我想问恩智浦有没有解决方案可以帮助车企降低成本,以及降低成本的规模、能降多少、大概的时间是怎样的?
恩智浦在行泊一体方案有没有具体的产品线,我们是用单芯片去做,还是用两颗,即一个写是行车,一个是写泊车的?
李晓鹤:我先回答第一个,我觉得在电池车中,大家降本的想法和源头不是关注芯片本身,而是关注系统降本。
当你考虑在电池车中最大降本的潜力是在这块占了总车价 30% - 40% 的电池上,如果能够提高电池的使用效率、提高电驱的效率,那么它的降本相较于百分之几的电池降本更有挖掘潜力。
而现在工业界大家在挖掘的无论是硬件上还是软件上都是这部分的成本,如果将来大家都想这个车目前的电池能行驶长一些,或者是同样的里程电池小一些该怎么做呢?实际上要考虑 IGBT 到碳化硅的转移,有人会说效率提升 8%,也有人说提升更多。
但总体上是利用 IGBT 到碳化硅的转移的过程,能够帮助我们系统能效提升,通过提升能效降低电池的成本。
另外,从 400V 升到 800V 其实是同样的道理,虽然整体来讲在高压部分可能花的器件的成本高一些,但是省线、省电机的空间、降低能量消耗、提高整体的能源转化率。
实际上我们做的是怎么从半导体的技术上帮助客户护航,能够实现从 IGBT 到碳化硅的转型,从 400V 到 800V 的转型。在转型的过程中,就需要我们的栅极驱动器本身能够有更好的功能安全、更多的诊断功能、更快的响应速度、更多的保护,还有更高的耐压等级。
我们实际上是通过技术的方法能够帮助客户实现顺利的碳化硅和 800V 的转型过程,客户在这样一个转型过程中,在整车省下的能源的费用要远远优于购买更先进的半导体所花的费用。这就是里面的逻辑,基本上在 800V 的系统里,从 IGBT 到碳化硅的转型过程肯定是划算的。
周翔:关于行泊一体的方案在国内很火,我们站在未来的视角去看它应该还是单芯片的方案更有优势,目前只是视觉的迭代速度很快,大家的需求也很快,包括摄像头的数量在飞速提高,所以一个合适的 SoC 应该是半导体厂需要通过时间去定义然后再把它落实的。
Q:如果基于恩智浦的芯片去做行泊一体的时候能提供车厂怎样的支持,或者是针对每个车企有没有一些中间件或是底层的一些东西?
周翔:恩智浦对车厂的支持有很多,不管是新能源还是 MCU 方面,我们在中国的投入非常大。
早上也提到,恩智浦在重庆有汽车电子应用开发中心,最主要的几个应用包括了 S32V、S32G,以及最新发布的 S32E 和 S32Z。
另外在天津的研发中心是支持新能源为主的应用,在上海也有相应的研发中心,因此恩智浦在中国的本地化研发实力强大。
同时我们也有本地的应用支持团队,可以快速响应并解决车企个性化的需求,在车企中也有着出色口碑。
Q:我想问一下关于 BMS 的问题,BMS 现在对电动汽车非常重要,您觉得客户主要的痛点在哪儿?恩智浦怎么解决?如何处理与电池厂商和车企之间的关系?另外关于无线 BMS,想了解恩智浦现在商业落地怎么样?有什么优势?
李晓鹤:BMS 从十几年前发展到现在,总体的技术路线已经相对成熟,在最具痛点的一些问题上,行业已经解决得差不多了,无论是从精度还是从安全性角度看,头部的客户都有相当成熟的方案。上午已经分享了客户的几项痛点,这些是行业再往后发展及下一步做优化的基础。
未来,大家要把现有的效率再继续推高,把现有的里程跟充电速度再进一步加强。同时,从 10 万级到百万级的平台上,量产的质量和水平要进一步提高。
再往后发展的话,行业会更多考虑在循环经济的前提下,电池整体的碳排放与回收利用的能力是如何的。在电池管理方面,革命性的变化还要等一段时间才能出现,这可能与化学物质的演进有关。
在目前现有的化学体系下,更多是做一些演进性的优化过程。
还有一个要谈的是大家总觉得电池管理是一个硬件的事情,而现在很多瓶颈是在软件能力上,硬件方面精度基本都能做得不错,但最后SoC的精度很大程度上取决于软件建模和模型维护的能力。
所以从系统体系去考量,最后要解决的是数据的质量如何,数据怎么用,哪些数据在本地做处理,哪些数据要在云上处理,发到云上之后到底是用一个全机器学习的办法还是基于物理模型的机器学习的办法,以及学习回来的东西怎么用。
此外也考虑如何能够增加原始变量,能够检测到原始变量,以此来提高安全性,大家要解决的是下一个层面的问题。
恩智浦为客户提供尽可能便利的一整套架构,用户在我们的架构上发挥他们一定的优势,比如我们帮助客户在系统里所需要的所有的硬件(包括微处理器、SBC、网络、模拟前端、传感器、RTC 等)联调在一起做系统优化,在此基础上再帮客户把驱动器、功能安全手册等都做好,而且是用一个可以支持量产的软件的方式来写,最后客户在我们的基础上可以把它的上层软件搭建在我们的系统。
在云计算上我们在准备帮助客户再把我们的云平台,包括利用 S32G 的云平台搭建在一起,其实是为客户建一个基础设施,帮助客户在基础设施上发挥他们在软件上的创新能力。这是 BMS 下一步要干的事情,包含了数据、软件,及在现有的参数上进一步推到极致。
再说无线 BMS,这个概念其实有一点被滥用,大家都在问什么是无线 BMS?它到底要解决什么?是加一个无线接口就变成无线 BMS 了吗?到底是在模组上加接口,还是在 PACK 上加接口?
其实就是把 CAN 办理了一个无线接口,但这不是 BMS,只是换了一个通讯接口。那么如果要把这个通讯接口放到每一个模组上,一个车里有8到40多个模组,这个模组的同步性、实时性、功能安全如何保证?
因此有一系列的问题要回答。在成本没有回答清楚的情况下再看收益,同样要回答几个问题:收益要解决什么痛点?是省线、省装配还是二次利用做得更好?在每一个环节上有没有其他的可能替代方案?
这里其实有很多不同的技术路线是可以选择的,目前市面上大家看到的技术路线只是很多种选择中的一种,最后做工程还是要解决工程的问题。另外介绍的光通讯也是其中的一种方式,实际上也是无线但不是高频无线。
我们认为,未来是一个百花齐放的市场格局,而不会是选择某一种方式,最后是用有线还是用光通讯、用高频,很有可能到最后是取决于电池设计的原则、方法进行设计。比如在中国很流行的 C2B、C2C,在这样一些设计体系下其实无线本身的所谓的灵活性体现得并不多,因为并不需要,电池已经设计得很好了。
但是,在大模组的状态下,当需要灵活性时,也许高频的无线是有一些应用场景的,所以在现在讨论用哪种方式还太早。从恩智浦的技术路线上看,我们尽可能地帮助不同类型的客户支持不同的技术,已经有多种不同的无线备选方案,有些在做前期研究,有些在帮客户一起搭建原型。最后哪种方案会被接受需要市场和时间来检验。
Q:800V 高压平台可能是目前的一个趋势,它对半导体方面的需求与传统平台有何不同?能否谈一下对逆变器的具体要求?
李晓鹤:首先说一个题外话,800V 平台对半导体的需求量会增长很多。电池管理系统的需求量直接和电压相关,对半导体来讲供货需求会更大。
说回到逆变器,总体上看 800V 与碳化硅的使用是强相关的,在 400V 中到底采用 IGBT 还是碳化硅可能各有各的说法,但 800V 中碳化硅在系统上是更经济的,基本上我们把 800V 和碳化硅是合在一起的。
从 800V 的驱动来看,对整体的电系统的耐压要求、响应速度、诊断都是有相应更高的要求,恩智浦的产品也都是可以支持 800V 的系统,我们觉得将来不会说单独做一个 400V 的系统,因为客户可能在最后打造电气化平台时都会有未来的 800V 的要求。
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